3. Способы реализации правил равномерного квантования

Шкала квантования подбирается таким образом, чтобы не было ограничения для абонента с сильным сигналом и соответствовало правилу 3σ

Рассмотрим два способа реализации шкал квантования

Если

- аппроксимация

Значение выбирается в квантовых уравнениях с помощью шага квантования

Эти алгоритмы реализуются в кодерах. Первый алгоритм проще, но ошибка квантования во втором случае меньше.

На приемной стороне (в декодере) к полученному квантовому отсчету, например алгоритм добавляет половину ближайшего интервала квантования , в результате чего квантованное значение сигнала становится равным .

Для двуполярных сигналов используют квантователь с симметричной квантующей характеристикой.

Типовое устройство, реализующий представленный алгоритм.

– порог ограничения по направлению

≈

восстановленный сигнал

Изменение уровня сигнала абонента

– текущий уровень мощности сигнала абонента

изменяет величину

Полученный квантовый сигнал восстанавливается сглаживающим фильтром, на выходе которого получаем восстановленный сигнал.

Рассмотрели в предыдущей лекции без учета характеристики восстановленного фильтра.

ФНЧ имеет граничную полосу и обеспечивает уменьшение мощности ошибки квантования и как следствие повышение величины .

Таким образом, ФНЧ сглаживает ступенчатый квантовый сигнал, уменьшая разницу между сигналом и отфильтрованным .

В результате отношение сигнал/шум квантования дополняется слагаемым

для канала ТЧ=5,87[дБ]

принимаем за

по сути это защищенность от шумов квантования. И для любых абонентов должно быть

- допустимая величина заданного уровня квантования

L – число уровней квантования

можно получить требуемое число уровней квантования

4. Способы организации кодека при неравномерном квантовании

Как было показано ранее при равномерном квантовании защищенность от шумов квантования будет минимальным для слабых сигналов и увеличивалась прямо пропорционально повышению уровня сигнала.

Для выравнивания этой величины при изменении сигнала в широких пределах, а также для минимизации типа разрядов в кодовой группе применяют неравномерное квантование..

В этом случае шаг квантования имеет минимальное значение для слабого сигнала и адаптируется для сильных сигналов (с мощным уровнем). Это более эффективный способ снижения мощности шумов квантования. Известно, что плотность распределения вероятности мгновенных речевых сигналов, убывает энергия с ростом интенсивности и сигнала, этот факт используется в адаптированных кодеках.

При фиксированном количестве уровней квантования точность цифровой передачи повысится в среднем, если сигнал, вероятность появления которого велика, квантовать с меньшим шагом, а маловероятностный сигнал квантовать с большим шагом, тогда уровень сигнала определяет зависимость текущего шага квантования.

В результате квантование должно быть неравномерным, а используют кодеры – нелинейны. При этом уменьшается число разрядов кодовой группы при неизменном количестве передачи.

В основном используют три варианта построения нелинейных кодеров, работающим по принципу:

1. сжатие динамического диапазона передаваемого кодирующим с линейной шкалой квантования и последующим его расширения после декодирования с помощью компандеров мгновенного действия.

1. П

   ринцип: цифровое компандирование.

Компрессия– сжатие, а наоборот - экспандирование. А все вместе компандирование.

2. построение с помощью нелинейного кодирования и декодирования

U(t)

1. НФП - нелинейный функциональный преобразователь, который обеспечивает изменение динамического диапазона сигнала в соответствии с заданной характеристикой

Компрессия

экспандирование

n(t)

Введем обозначение x и y

нормированное к

Совместные действия компрессора и линейного квантователя равносильно действию нелинейного квантователя.

Недостаток: нелинейные преобразователи и должны быть мгновенного действия, т.е. мгновенно реагировать на каждую отчетную выборку АИМ, сигнала, независимо от предлагаемой выборки. В результате на обратной стороне экскандер должен иметь плоскую взаимообратную характеристику. Технически реализовать это сложно, поэтому на практике более широко используют следующие два способа:

2

n(t)

. НЦП – нелинейный цифровой преобразователь.

На ЦПП преобразуют кодовую комбинацию текущего отсчета в кодовую комбинацию N.

Алгоритмически реализуется нелинейная шкала преобразования, согласно которому видно, что меняется в меньших пределах и для его отображения требуется меньшее число разрывов кодовой комбинации. Это позволяет уменьшить тактов f. Из-за цифровой реализации и алгоритма, с взаимообратной характеристикой, построить значительно легче, т.к. нелинейная операция с цифровыми проводить проще и они могут быть легко перестроены по любому нелинейному закону. Поэтому данный переход является универсальным для построения цифровой системы передачи.

3

. Нелинейное кодирование

В данном случае кодер непосредственно преобразует по нелинейному закону амплитуды выборочных значений U(t), формируя на выходе кодов комбинации двоичных чисел N.

Нелинейный кодер реализуется в виде устройства содержащего нелинейный кодер в цепи ОС. На обратной (приемной) стороне происходит обратное преобразование. Такой способ принят в системе передачи с ИКМ 30.

Все три способа обеспечивают выравнивание характеристики защищенности от шумов квантования для заданного входного сигнала.

Второй и третий способ обеспечивают лучшую стабильность характеристик канала передачи.